Parte l’esperimento Caltech per inviare l’energia dallo spazio tramite micro-onde

L’ambizioso progetto solare spaziale del Caltech, sostenuto da un’ingente donazione di cento milioni di dollari, si prepara ad essere realizzato con il lancio in orbita dei primi prototipi. Queste strutture ultraleggere all’avanguardia raccoglieranno energia tramite pannelli solari, la convertiranno in elettricità e la invieranno energia in modalità wireless sulla terra.

Il potenziale energetico nello spazio è circa otto volte superiore per metro quadrato di pannello solare rispetto alla Terra. Il perché è ovvio: accesso 24 ore su 24 a un’energia solare virtualmente illimitata, senza nemmeno un’atmosfera di mezzo, per non parlare delle condizioni atmosferiche o degli ostacoli. Il problema è sempre stato come farlo e quanto costerà. I costi di lancio, assemblaggio e manutenzione delle apparecchiature nello spazio sono astronomici. L’entità di un’installazione solare spaziale degna di nota è sconcertante e i problemi senza precedenti rappresentano ostacoli enormi in ogni fase del viaggio.

La “plastica intelligente” attivata dalla luce ha i suoi punti deboli
Imperterrito, anzi entusiasta della sfida, un team del Caltech lavora da quasi un decennio al progetto Space Solar Power. Il progetto è stato avviato nel 2013 con un’incredibile dotazione di oltre 100 milioni di dollari da parte del presidente della Irvine Company Donald Bren – una donazione che è stata resa nota solo di recente – ed è stato potenziato con 17,5 milioni di dollari da Northrop Grumman nel 2015.

Il progetto ha proceduto essenzialmente in tre fasi. Un gruppo ha lavorato su celle fotovoltaiche estremamente leggere e ad alta efficienza, con un rapporto potenza-peso di 50-100 volte superiore a quello dei pannelli solari attualmente utilizzati sulla ISS e sui satelliti moderni.

Un secondo team si è concentrato sullo sviluppo di apparecchiature ultraleggere, miniaturizzate e a basso costo per convertire l’energia CC dei pannelli solari in energia a radiofrequenza, per poi teletrasportarla sulla Terra, utilizzando la manipolazione di fase per dirigere elettronicamente il fascio verso gli array di ricevitori sulla superficie.

Questi due team hanno unito i loro progressi in prototipi funzionali di una “piastrella” di circa 10 cm di lato, che combina la cattura dell’energia solare, la conversione in RF e la trasmissione wireless. Queste piastrelle altamente integrate e molto flessibili pesano meno di un decimo di oncia (meno di 2,8 g) ciascuna, e sono progettate per ripiegarsi in una configurazione con spazio sprecato sostanzialmente nullo, per essere messe in un veicolo di lancio e inviate in orbita, dove si dispiegheranno da sole.

Nel video qui sotto si può vedere un prototipo di piastrella che raccoglie la luce e trasmette energia a un ricevitore.

Quindi un terzo team si è invece occupato di creare una struttura leggera e in grado di spiegarsi nello spazio, esponendo le celle al sole e il trasmettitore di micro-onde in direzione del ripetitore.

Ci sono molti problemi da risolvere: c’è il problema di orientare i suoi pannelli solari verso il sole il più possibile e nel modo più passivo, pur puntando elettronicamente i suoi trasmettitori verso gigantesche stazioni riceventi sulla Terra sottostante. E poi c’è il problema di quale orbita prendere: un’orbita geosincrona costantemente puntata verso un singolo ricevitore sulla Terra sottostante, oppure un’orbita più bassa e più economica, che richiederebbe più raccoglitori solari e più ricevitori sulla Terra.

I calcoli finanziari in questa fase sembrano favorire la seconda ipotesi; cinque array solari in un’orbita terrestre media, equipaggiati con harvester solari bifacciali e trasmettitori monofacciali, sembrerebbero in vantaggio in termini di costo livellato dell’energia (Levelized Cost of Energy, LCoE), anche se un sistema di questo tipo richiederebbe 39 lanci spaziali contro i soli 13 di un sistema geosincrono a singolo array – naturalmente con molte ipotesi. Ma il costo dell’energia solare spaziale sarebbe comunque dell’ordine di 1-2 dollari per kWh, un prezzo difficile da sostenere se si considera che attualmente l’elettricità negli Stati Uniti viene venduta in media a meno di 0,17 dollari/kWh. C’è ancora da lavorare.

Però, comunque, a dicembre il prototipo realizzato dal Caltech verrà testato nello spazio, in una situazione reale. Comunque vada è un esperimento di grande interesse e che,